Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus
metallischen Werkstoffen und aus Verbundwerkstoffen gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing near net shape components
metallic materials and composite materials according to the preamble of
Claim 1.
Für die Herstellung von endformnahen Bauteilen mittels Thixoforming-Verfahren
werden Bolzen mit einer geeigneten Gefügestruktur in der Regel durch
elektromagnetische Induktion derart in das Zweiphasengebiet erwärmt, dass das
Material thixotrop wird und vergossen oder verpresst werden kann. Dabei entsteht
eine thixotrope Gefügestruktur, bei der globulitische feste Gefügebestandteile in
eine schmelzflüssige Matrix eingebettet sind. Bei der Durchführung des Verfahrens
ist die Temperaturkontrolle und die Haltezeit bei dieser Temperatur von
entscheidender Bedeutung. Ist die Temperatur oder die Haltezeit zu hoch gewählt,
verlieren die Bolzen ihre Formstabilität und sind nicht mehr handhabbar.
Insbesondere bei Verfahren, bei welchen die Bolzen in einer senkrechten Position
erwärmt werden, wird der einstellbare Flüssigkeitsanteil des Bolzens durch seine
Stabilität gegenüber seinem eigenen Gewicht eingeschränkt.
Weiterhin kann während des Aufheiz- und Halteprozesses teilweise eine
Segregation der schmelzflüssigen Gefügebestandeile entstehen. Hierdurch kommt
es zur unerwünschten inhomogenen Verteilung der Gefügebestandteile im Bolzen.
Aus den Bolzen austretende schmelzflüssige Phase führt zum Abtropfen von
Material, welches nach dem Stand der Technik in speziellen Schalen aufgefangen
wird. Dies führt zu unerwünschten Verschiebungen der chemischen
Gesamtzusammensetzung der Bolzen und zu Abweichungen der Volumen
verschiedener Bolzen beim Gießprozess, wodurch die genaue und reproduzierbare
Regelung des Gießprozesses eingeschränkt wird. Das abgetropfte Material muss
nach dem Aufheizprozess und der Entnahme des Bolzens umständlich mit Hand
oder maschinell aus den Schalen entfernt werden. Die Schalen bestehen aus
Keramiken, höherschmelzenden Metallen, z. B. Stahl, oder Verbundkonstruktionen
aus Keramik und Metall. Durch die thermischen und mechanischen Belastungen und
die Wechselwirkung mit Bolzenmaterial während des Aufheizprozesses werden
Schalen aus Keramik schnell rissig, es kommt zu Ausbrechungen und zur
Zerstörung der Schale. Schalenmaterialien aus höherschmelzendem Metall, z. B.
Stahl, haben den Nachteil, dass sie mit einer Beschichtung (Schlichte) versehen
werden müssen, welche regelmäßig nach wenigen Prozessdurchläufen erneuert
werden muss. Außerdem wird die Energiebilanz der induktiven Bolzenerwärmung
durch die hohe Einkopplung und Erwärmung des Schalenmaterials bei Metallschalen
erheblich verschlechtert.For the production of near-net shape components using the thixoforming process
bolts with a suitable structure are usually used
electromagnetic induction heated in the two-phase area so that the
Material becomes thixotropic and can be cast or pressed. This creates
a thixotropic structure, in which globulitic solid structural components in
a molten matrix are embedded. When performing the procedure
is the temperature control and hold time at this temperature of
vitally important. If the temperature or the holding time is too high,
the bolts lose their dimensional stability and are no longer manageable.
Especially in processes in which the bolts are in a vertical position
are heated, the adjustable liquid content of the bolt is due to its
Stability restricted against its own weight.
Furthermore, during the heating and holding process, one can partially
Segregation of the molten structural components arise. Hereby comes
it leads to the undesirable inhomogeneous distribution of the structural components in the bolt.
Molten phase emerging from the bolts leads to dripping of
Material that is collected in special trays according to the state of the art
becomes. This leads to undesirable chemical shifts
Overall composition of the bolts and deviations in the volume
different bolts in the casting process, which makes the exact and reproducible
Regulation of the casting process is restricted. The drained material must
After the heating-up process and the removal of the bolt, laboriously by hand
or removed from the shells by machine. The shells are made of
Ceramics, higher melting metals, e.g. B. steel, or composite structures
made of ceramic and metal. Due to the thermal and mechanical loads and
the interaction with stud material during the heating process
Ceramic bowls quickly cracked, there are breakouts and
Destruction of the shell. Shell materials made of higher melting metal, e.g. B.
Steel have the disadvantage that they have a coating (size)
which have to be renewed regularly after a few process runs
must become. In addition, the energy balance of inductive billet heating
due to the high coupling and heating of the shell material in metal shells
significantly deteriorated.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren so weiterzubilden,
dass die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.The object of the invention is to develop the generic method so
that the disadvantages described above are avoided.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is solved by the features of claim 1. The
Subclaims represent advantageous developments.
Gemäß der Erfindung werden die aufzuheizenden Bolzen in eine Hülle aus einem
höherschmelzenden Werkstoff vollständig oder teilweise eingehüllt. Der
Hüllenwerkstoff kann Metall oder eine metallische Legierung sein. Die Bolzen
bleiben in dieser Umhüllung während des gesamten Prozesses des Aufheizens und
Haltens bei hohen Temperaturen und werden so in die Gießkammer einer
Gießanlage oder in das Gesenk einer Presse gegeben. Auf diese Weise wird das
Austreten und Abtropfen von schmelzflüssiger Phase aus dem Bolzen verhindert.
According to the invention, the bolts to be heated are made from a casing
higher melting material completely or partially encased. The
Shell material can be metal or a metallic alloy. Bolts
remain in this enclosure throughout the entire process of heating up and
Hold at high temperatures and become one in the casting chamber
Pouring system or placed in the die of a press. That way it will
Prevents the molten phase from escaping and dripping from the bolt.
Ferner wird der Bolzen durch die Umhüllung mechanisch stabilisiert. In der
Gießkammer der Druckgießanlage erfolgt durch den Druck des Gießkolbens ein
Herauspressen des thixotropen Bolzenmaterials aus der Umhüllung. Das
Umhüllungsmaterial verbleibt im Pressrest und wird vom Bauteil abgetrennt.
Aufgrund der geringen Dicke des Umhüllungsmaterials, insbesondere bei
Verwendung von Folien, sind die Energieverluste bei der induktiven Erwärmung des
Bolzens sehr gering.Furthermore, the bolt is mechanically stabilized by the covering. In the
The casting chamber of the die casting system is created by the pressure of the casting piston
Pressing the thixotropic bolt material out of the casing. The
Wrapping material remains in the press residue and is separated from the component.
Due to the small thickness of the wrapping material, especially at
Using foils, the energy losses in the inductive heating of the
Bolt very low.
Teilweise Umhüllung des Bolzens eignet sich insbesondere für vertikale
Aufheizverfahren.Partial covering of the bolt is particularly suitable for vertical ones
Heating process.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Umhüllungsmaterial, insbesondere eine
Umhüllungsfolie, ein- oder beidseitig mit einer Beschichtung versehen wird, welche
eventuell stattfindende Diffusionsprozesse (zu denen es bei hohen
Presstemperaturen kommen kann, wodurch die Schmelztemperatur der Folie
verringert wird) einschränkt oder ganz verhindert. Hierfür sind insbesondere
Oxidschichten, aber auch Nitrid- oder Karbidschichten, geeignet. Diese sind auch
bei hohen Prozesstemperaturen beständig und können bei einem späteren
Wiedereinschmelzen des Pressrestes einfach aus der Schmelze entfernt werden.
Durch die Verwendung von Folien auf Aluminiumbasis für Bolzen aus
Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen bleibt das anfallende
Kreislaufmaterial sortenrein bzw. enthält keine metallurgisch bedenklichen
Legierungsbestandteile. Durch die Schutzschicht und die Aluminiumfolie wird der
Kontakt des teilflüssigen thixotropen Materials mit der Gießkammer stark reduziert,
wodurch eine Verminderung des Trennmittelauftrages in der Gießkammer möglich
wird. Durch die Folienhülle wird der Bolzen von der Umgebungsatmosphäre
abgeschlossen, brennbare Materialien können sich nicht entzünden. Bei einer
Kombination von mehreren beschichteten bzw. unbeschichteten
Umhüllungsmaterialien ist es vorteilhaft, wenn die dem Bolzen zugewandte Seite
mit einer Schicht versehen ist, welche Diffusionsprozesse unterbindet oder
verlangsamt, und die außenliegende Seite mit einer Schicht versehen ist, welche
die Reibung mit der Gießkammerwand oder der entsprechenden Gesenkwand
verringern soll.It when the wrapping material, in particular a
Wrapping film is provided on one or both sides with a coating, which
any diffusion processes that may occur (which occur at high
Press temperatures can come up, reducing the melting temperature of the film
is reduced) restricted or completely prevented. For this are in particular
Oxide layers, but also nitride or carbide layers, are suitable. These are too
resistant at high process temperatures and can be used at a later time
Remelting of the press residue can be easily removed from the melt.
By using aluminum-based foils for bolts
Aluminum alloys and magnesium alloys remain the result
Circular material sorted by type or contains no metallurgically questionable
Alloy components. The protective layer and the aluminum foil make the
Contact of the partially liquid thixotropic material with the casting chamber greatly reduced,
whereby a reduction of the release agent application in the casting chamber is possible
becomes. The bolt is removed from the surrounding atmosphere by the foil cover
completed, combustible materials cannot ignite. At a
Combination of several coated or uncoated
Wrapping materials, it is advantageous if the side facing the bolt
is provided with a layer which prevents diffusion processes or
slows down, and the outer side is provided with a layer, which
the friction with the gun chamber wall or the corresponding die wall
should decrease.